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煤基多联产应最大化提升化学元素利用率

  国家《能源发展“十二五”规划》明确提出,要加快能源生产和利用方式变革,全面提高能源开发转化和利用效率,构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系。如何实现煤炭资源利用最大化,提高资源开发转化和利用的效率?近日,记者在调查采访时,业内专家建议,通过多联产分级转化,实现煤炭资源能量和元素最大化利用。
  煤基多联产是指将以煤气化技术为龙头的多种煤炭转化技术通过优化组合集成在一起, 获得多种高附加值的化工产品(包括脂肪烃和芳香烃) 和多种洁净的二次能源(气体燃料、液体燃料、电等), 优化集成方式既可是并联,也可是串联。多联产可使煤炭资源利用效率最大化, 追求经济效益最大化和环境最优化。
  化工专家、陕西省决策咨询委员会办公室主任郭卫东说:“煤炭转化为能源产品的方式除传统的发电、煤焦化、煤制合成氨、甲醇、二甲醚等外,煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等新型煤化工异军突起,近10 年是我国煤化工产业发展最快的时期,但绝大多数煤电一体化项目仅转化了煤炭资源中的能量,其中丰富的化学元素没有得到充分利用。即使目前最先进的单一燃煤发电机组,能量利用和转化效率也只有43%~44%,产业链短、附加值低。”
  他指出, 通过以煤为主的多种资源协同配伍, 综合利用多联产和煤炭资源分级转化,促进煤、焦、化、电、化工合成材料和建材一体化发展, 实现煤炭资源能量和元素转化利用最大化完全是有可能的。
  首先, 从矿井废水资源化处理开始, 利用矿井水在井下建设大型现代化洗煤装置, 主产品洁净煤用于生产兰炭, 副产品煤矸石井下填充利用或发电,煤泥、粉煤灰也可发电, 电厂炉渣提取氧化铝之后作为建材原料, 洗煤废水制水煤浆。
  其次, 建设大型成套煤高温热解干馏装置,主产品为兰炭,副产品煤焦油分离芳烃及其他精细化学品或加氢制成品油; 剩余残焦渣生产针状沥青; 焦炉气和化工循环尾气在脱硫、脱硝、脱汞并回收相关元素后发电。
  再次, 利用兰炭和洗煤废水制水煤浆生产合成气。主产品为CO 和H2, 焦炉气和循环尾气发电及合成气脱碳净化等回收的CO2, 可加氢还原为CO 再用于化学合成, 或与甲醇、环氧乙烷(或环氧丙烷) 生产碳酸二甲酯, 继而发展聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯等;回收的硫生产硫黄或硫酸,氮生产硝铵或硝酸,汞生产汞商品。合成气沿煤化工产业链向下游延伸,生产新型合成材料、高附加值有机化学品、精细化学品和其他化工产品。
  “通过煤干馏、兰炭气化和化工合成尾气发电及化学转化、能量分级转化, 不但煤中的元素得到了充分的转化利用, 而且能量转化率最高可达94%。”郭卫东表示,对已建、在建和开工的煤化工项目, 也可在前端通过矿井废水处理之后洗煤。
  化工专家、陕西省决策咨询委员会委员胡海峰认为, 多联产是煤化工突破困境的必由之路。他说:“目前煤化工主要将尽量多的碳、氢、硫等元素固定在所需要的化学品中。以碳元素为例,目前有效利用率只能达到30%左右, 大部分浪费掉了。而煤炭中的其他元素,尽管量比较少,在技术和经济许可的条件下, 也应尽量转化成产品。”
  胡海峰表示, 多联产绝不是多种煤炭转化技术的任意简单叠加, 而是以煤炭资源价值的合理利用为前提, 打破界限, 统筹规划,实现行业之间的资源耦合。
  比如整体煤气化联合循环清洁发电(IGCC)技术能源效率较高,但单位产品成本高。若煤化工与煤电一体化发展,把涉及煤炭转化利用的氮肥、甲醇等煤化工产品生产与发电结合起来, 高效利用CO、H2 和CO2 等资源,既可降低发电成本,又能提升化工自备热电系统效率,实现CO2 和污染物近零排放。目前美国已建设了20 多个IGCC 发电项目,采用两段式干煤粉加压气化技术的我国首座250MW 级IGCC 示范项目,也在天津建成投运。
  国家发改委产业协调司一位负责人也曾建议, 纯碱和氯碱行业应与IGCC 相结合, 采用新技术将氯化铵中的氯与氨分开,氨循环使用,氯用于氯碱化工,形成以煤气化为龙头,煤化工、盐化工与IGCC 发电相结合, 纯碱、烧碱、聚氯乙烯与电力多联产一体化发展模式。
  近年来, 国内科研院所和企业积极攻关煤基多联产技术。陕西煤业化工集团率先提出了以煤中低温热解为龙头,以清洁高效转化为目的,以发展循环经济为手段,以大型煤炭转化项目为载体,探索出一条煤炭分质清洁高效利用新的工艺路线。通过对低变质煤进行热解, 产生气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦/兰炭)3 种形态产品, 再根据热解产物的理化性质制定项目产品方案,对热解产物进一步分质转化利用, 并成功产业化,中低温煤焦油制清洁燃料油生产能力已达65 万吨。去年8 月,由陕煤化集团主导建设的首个国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室挂牌成立。
  浙江大学多年前就开始攻关以煤的裂解制高级油品、半焦气化和燃烧发电、灰渣综合利用技术,提高煤炭利用效率和效益,实现污染物近零排放和煤炭资源化综合利用,在国家“973”、“863”和支撑计划资助下, 部分技术已经进入产业化和示范阶段。其中煤流化床热解燃烧热电气焦油多联产技术正在进行300MW 示范, 煤炭半焦制水煤浆气化燃烧技术、灰渣提取钒、铝、水泥等综合利用技术,以及煤矸石、煤泥高效燃烧发电技术等都已商业应用, 目前正在联合国内高校和企业集团申请煤炭资源化能源化分级利用协同创新中心。

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